鈾

鈾 (Uranium)
臺北市立第一女子高級中學二年級陳亭均

簡介

鈾是元素週期表中錒系的金屬元素，原子序數為92，元素符號是U。鈾在地球上形成各式各樣的化合物，為許多礦物的構成元素之一，已知的含鈾礦物即超過150種。鈾存在於礦石、土壤以及水中，可藉開採含鈾礦物而提煉獲得。鈾元素於1789年被德國化學家馬丁•克拉普羅特（Martin Heinrich Klaproth）首先發現。鈾之英文名稱 Uranus 沿自天王星，而天王星名字來自希臘神祇烏拉諾斯。

鈾原子有92個質子和92個電子，其中6個是價電子。它的中子數目介於141至146個之間，共有六個同位素。自然界的鈾礦主要含有兩種鈾的同位素，即「鈾–235」（U235，比例約占0.7％）與「鈾–238」（U238，比例約占99.3％），其中鈾–235才能產生分裂反應，而鈾–238並不能產生分裂反應。所有鈾同位素皆不穩定，具有微弱放射性。鈾是自然元素中質量次重、原子量次高的元素，僅次於鈽-244。它的密度比鉛高出約70%，但不如金、鎢密實。鈾在自然界中以數百萬分率的低含量存在於土壤、礦石和水中，可藉由開採瀝青鈾礦等含鈾礦物並提煉之。

鈾衰變時釋放出α粒子，過程緩慢，擁有很長的半衰期。鈾-238的半衰期約為44.7億年，鈾-235則為7.04億年，常用於測定地質年代。

化合物

鈾的氟化物六氟化鈾（UF6），它的熔點是攝氏56度、三相點是攝氏64度及稍高於大氣壓力。提煉鈾-235的方法之一就是分離不同分子量的六氟化鈾。

核反應

鈾可以進行核反應，其釋放的巨大能量可用來發電或作為武器。用中子撞擊鈾-235，可引發鏈式反應。鈾-238經慢中子撞擊後會變成鈾-239，然後衰變到鈽，也可以進行核反應。

鈾燃料與核能發電

所謂的核能發電，其原理為利用反應器中的核燃料，當其原子核分裂時所產生的能量將反應器中的水加熱，直接產生蒸汽，或產生高溫高壓的水，經由熱交換產生蒸汽，然後再藉著蒸汽的力量推動氣機，進而轉動發電機而產生電。

鈾燃料體積小，發電量大，且運輸便捷、儲存方便。如果以煤替代，則需煤約570 萬公噸；若是油替代，則約需380萬公噸，以天然氣替代約需271萬公噸。相較之下，核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多，足足相差約百萬倍，所需要的燃料體積比火力電廠少了相當多。

核能發電所使用的鈾–235純度約占3~5％，其餘95~97％的部分一般皆為無法產生核分裂的鈾–238。因原料鈾含有的鈾–235濃度只占0.7％（其餘為鈾–238），不能直接製成核能電廠發電使用的核燃料，因此必須給予濃縮，提高鈾–235的濃度，才能進一步製成核燃料使用。

鈾礦在經過採礦、提煉及化學處理後所製成的原料鈾具黃色外觀，俗稱「黃餅」（yellow cake）。全世界主要蘊藏鈾礦的國家為澳洲、哈薩克、加拿大，以及南非。而世界上原料鈾的主要生產國家為加拿大、澳洲、哈薩克、俄羅斯，以及非洲的尼日（Niger）等。

鈾-238的衰變

U(鈾)-238 → Th(釷)-234 → Pa(鏷)-234 → U(鈾)-234 → Th(釷)-230
→Ra(鐳)-226 → Rn(氡)-222 → Po(釙)-218 → Pb(鉛)-214 或 At(砹)-218
→Bi(鉍)-214 → Po(釙)-214 或 Tl(鉈)-210 → Pb(鉛)-210 → Bi(鉍)-210
→Po(釙)-210 或 Tl(鉈)-206 → Pb(鉛)-206。

參考資料
1. http://scimonth.blogspot.tw/2011/04/blog-post_2747.html
2. 鈾http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%88%BE#.E5.8F.82.E8.80.83.E6.96.87.E7.8C.AE